Loading article…
アポロ計画では、 1960年代後半から1970年代にかけての宇宙ミッションで複数のテレビカメラが使用されました。これらのアポロTVカメラの一部は、後のスカイラブ計画やアポロ・ソユーズテスト計画でも使用されました。これらのカメラは設計が異なり、モデルが変わるごとに画質が大幅に向上しました。これらの様々なカメラシステムを製造したのは、RCAとウェスティングハウスの2社です。当初、これらのスロースキャンテレビ（SSTV）カメラは、1秒間に10フレーム（fps）で動作し、白黒画像のみを生成し、1968年10月のアポロ7号ミッションで初めて飛行しました。フィールドシーケンシャルカラーシステムを使用したカラーカメラは、1969年5月のアポロ10号ミッションで飛行し、それ以降のすべてのミッションで使用されました。カラーカメラは、北米標準の30 fpsで動作しました。すべてのカメラは、当初は壊れやすいイメージピックアップチューブを使用しており、1つはアポロ12号ミッションの最初の月面歩行の生中継中に修復不可能な損傷を受けました。アポロ15号ミッション以降、月面ではより堅牢で耐衝撃性に優れたカメラが使用されるようになった。これらのカメラはすべて、フレームレートとカラーエンコーディングをアナログ放送テレビ規格に適合させるため、地球上で信号処理が必要だった。
アポロ7号以降、アポロ9号を除くすべてのアポロ司令船（CM）にカメラが搭載されました。月面着陸ミッションごとに、アポロ月着陸船（LM）降下段のモジュール式機器収納アセンブリ（MESA）内にもカメラが設置されました。MESAにカメラを配置することで、ミッション最初の月面歩行／船外活動（EVA）の開始時に宇宙飛行士がLMのはしごを降りる最初のステップをテレビ中継することが可能になりました。その後、カメラはMESA内のマウントから取り外され、三脚に取り付けられてLMから離れた場所に運ばれ、EVAの進行状況を表示したり、月面探査車（LRV）に取り付けられて地球上のミッションコントロールセンターから遠隔操作されたりしました。
NASAは1962年にアポロ司令船（CM）のテレビの初期仕様を決定した。[ 2 ] [注1 ]アナログとデジタルの両方の伝送技術が検討されたが、初期のデジタルシステムはアナログ方式よりも広い帯域幅を使用していた。 デジタルシステムは20MHz、 アナログシステムは500kHzであった。[ 2 ]ブロックI CMのビデオ規格により、初期のアポロミッションのアナログビデオ規格は次のように設定された。モノクロ信号、アクティブ走査線320本、1秒あたり10フレーム（fps）でプログレッシブ走査。RCAがそのようなカメラの製造契約を獲得した。[ 2 ]当時、このようなスロースキャンテレビシステム（SSTV）の動きの忠実度は標準的な商用テレビシステムよりも劣ると理解されていたが、宇宙飛行士は軌道上や月面でも速く移動しないことを考慮すると十分であると考えられていた。[ 5 ]
カメラのスキャンレートは、当時北米で使用されていたテレビ規格であるNTSCビデオの約30fpsよりもはるかに低かったため[注2 ] 、通常のテレビで画像を表示できるようにするためにリアルタイムのスキャン変換が必要でした。NASAは、アポロ7号、8号、9号、11号ミッションからの白黒SSTV信号を変換するために、RCA製のスキャンコンバータを選択しました。[ 6 ]
アポロTVカメラが画像を送信すると、地上局は未変換のSSTV信号を受信し、それを2つの分岐に分割した。一方の信号分岐は未処理のまま14トラックのアナログデータテープレコーダーに送られ、直径14インチ、幅1インチのアナログ磁気データテープに毎秒3.04メートルの速度で記録された。 [ 7 ]もう一方の未変換SSTV信号分岐はRCAスキャンコンバータに送られ、そこでNTSC放送テレビ信号に処理された。[ 7 ]
変換プロセスは、信号が RCA コンバータの高品質 10 インチ ビデオ モニターに送られたときに開始され、そこで従来の RCA TK-22 テレビ カメラ (NTSC 放送規格の 525 本の走査線を30 fps でインターレース) が画面を再撮影しただけだった。モニターには、原始的なフレーム バッファとして機能する残光性蛍光体があった。[ 8 ] Ampex HS-100 モデルをベースにしたアナログ ディスク レコーダーを使用して、カメラからの最初のフィールドを記録した。[ 8 ]次に、そのフィールドと、最初のフィールドの適切な時間遅延コピーを NTSC フィールド インターレース スイッチ (エンコーダ) に送った。元のフィールドとコピーされたフィールドを組み合わせると、最初の完全な 525 本のインターレース フレームが作成され、信号がヒューストンに送信された。[ 8 ]システムが次の SSTV フレームを撮影するまで、このシーケンスがさらに 5 回繰り返された。[ 8 ]その後、リアルタイムで宇宙からダウンロードされる新しいフレームごとに、このプロセス全体が繰り返されました。[ 9 ]このようにして、このチェーンは、世界のテレビ放送局にちらつきのない画像を提供するために必要な毎秒20フレームを追加で生成しました。[ 6 ]
この生中継変換は、21世紀初頭の電子デジタル変換技術に比べると粗雑なものであった。モニターとカメラの光学的な限界により、元のSSTV信号のコントラスト、明るさ、解像度が大幅に低下したため、このシステムでは画像の劣化は避けられなかった。家庭用テレビで視聴される映像は、非常に長くノイズの多いアナログ伝送経路によってさらに劣化していた。[ 10 ]変換された信号は、受信地上局から衛星でテキサス州ヒューストンに送信された。その後、ネットワークプールフィードはマイクロ波中継でニューヨークに送信され、そこで米国と世界に向けて生中継された。[ 11 ]
アポロ7号とアポロ8号では、RCA製のスロースキャン式白黒カメラが使用されました。[ 12 ]アポロ7号では、カメラに160度の広角レンズ、または9度の画角を持つ望遠レンズを取り付けることができました。[ 13 ]カメラにはファインダーやモニターがなかったので、望遠モードでカメラを向ける際には、宇宙飛行士は管制センターの助けが必要でした。[注3 ]
このカメラは、160度の視野角を持つ広角レンズや100mmの 望遠レンズなど、交換レンズを使用していた。[ 16 ]
カメラ[ノート4 ]
1964年10月、NASAはウェスティングハウス社に月面テレビカメラの契約を与えた。[ 19 ]アポロ月面テレビカメラのプログラムマネージャーであるスタン・レバーは、月面から画像を送るカメラを開発したウェスティングハウス社のチームを率いた。
カメラは、月面の極端な温度差に耐えられるように設計する必要があり、日中の121 ℃（250 °F）から日陰の-157 ℃（-251 °F）まで変化しました。 [ 10 ]また、電力を約7ワットに抑え、サービスをモジュールのアンテナよりもはるかに小さく出力の低い月着陸船のSバンドアンテナの狭い帯域幅に信号が収まるようにする必要もありました。[ 20 ] [注5 ]
このカメラは、1969年3月のアポロ9号ミッションで初めて宇宙でテストされました。[ 21 ]カメラは月着陸船（LM）に格納され、月面活動開始前にLMの通信システムを使用してその性能を評価しました。[ 22 ]このため、このミッションでは司令船（CM）にはビデオカメラが搭載されませんでした。[ 23 ]次に使用されたのはアポロ11号で、LMの降下段にある4つのモジュール式機器収納アセンブリ（MESA）に搭載されました。1969年7月21日、人類が別の天体に初めて足を踏み入れた瞬間を捉えたのは、このMESAからでした。[ 21 ]アポロ11号は、このカメラが月面で使用された最初で最後の機会となりましたが、カラーカメラがアポロ12号のカメラと同様の運命をたどった場合に備えて、アポロ13号とアポロ14号ではバックアップカメラとして搭載されました。
カメラの寸法は269 mm × 165 mm × 86 mm (10.6インチ × 6.5インチ × 3.4インチ)で、重量は3.29 kg (7.3ポンド)でした。消費電力は 6.50 ワットでした。バヨネット式レンズマウントにより、アポロ 11 号で使用された 2 つの交換レンズ (広角レンズと月面昼間レンズ) を素早く交換することができました。[ 24 ] [注 6 ]
カメラ
レンズ[注7 ]
1960年代のRCA TK-41などのカラー放送スタジオテレビカメラは、大型で重く、エネルギー消費量も多かった。これらのカメラは、赤、緑、青（RGB）のビデオ信号を生成し、それらを組み合わせて合成カラー画像を生成するために3つのイメージング管を使用していた。これらのカメラは、管の位置合わせを維持するために複雑な光学系を必要とした。温度変化や振動によって3つの管のシステムが容易に位置ずれを起こすため、月面作業にはより堅牢なシステムが必要だった。[ 34 ]
1940年代、CBS研究所は、6つのカラーフィルターを含むホイールを単一のビデオカメラ管の前で回転させてRGB信号を生成する初期のカラーシステムを発明しました。[ 35 ]フィールドシーケンシャルカラーシステムと呼ばれるこのシステムは、インターレースビデオを使用し、カラービデオフィールドを順次交互に配置して1つの完全なビデオフレームを生成しました。つまり、最初のフィールドは赤、2番目は青、3番目のフィールドは緑となり、ホイール上のカラーフィルターと一致します。[ 35 ]このシステムは、標準的な3管カラーカメラよりもシンプルで信頼性が高く、電力効率も優れていました。[ 34 ]
レバーとウェスティングハウスのチームは、1967年にはすでにカメラに色を付けたいと考えており、CBSシステムが研究するのに最適なシステムである可能性が高いことを知っていました。[ 36 ]ウェスティングハウスの月面カラーカメラは、CBSのフィールドシーケンシャルカラーシステムの改良版を使用しました。[ 35 ] 6つのフィルターセグメントを持つカラーホイールがレンズマウントの後ろに配置されました。これは毎秒9.99回転で回転し、毎秒59.94フィールドのスキャンレートを生成し、これはNTSCビデオと同じです。カラーホイールとピックアップチューブのスキャンレートの同期は、ホイール上の磁石によって提供され、この磁石がチューブのタイミングを制御する同期パルスジェネレータを制御しました。
カラーカメラは、アポロ9号に搭載されたモノクロ月面カメラと同じSECビデオイメージングチューブを使用していた。カメラはより大きく、新しいズームレンズを含めて長さ430ミリメートル（17インチ）だった。ズームレンズの焦点距離は25mmから150mmまで可変で、ズーム比は6:1だった。最も広角のときの視野角は43度、最も望遠のときの視野角は7度だった。絞りはF4からF44までで、光透過率はT5だった。[ 27 ]
地球受信地上局では、宇宙船が地球から遠ざかったり近づいたりすることによって生じるドップラー効果を補正するために信号処理が必要だった。ドップラー効果は色を歪ませるため、その効果を補正するためにテープループ遅延を備えた2台のビデオテープレコーダー（VTR）を使用するシステムが開発された。 [ 35 ]補正された信号は、NTSC互換の白黒でヒューストンに送信された。[注8 ]
テレビに色をデコードするための特別な機械式受信機が必要だったCBSシステムとは異なり、信号はヒューストンのミッションコントロールセンターでデコードされた。このビデオ処理はリアルタイムで行われた。デコーダは、赤、青、緑の各フィールドをアナログ磁気ディスクレコーダーに個別に記録した。フレームバッファとして機能し、調整された色情報をエンコーダに送信してNTSCカラービデオ信号を生成し、放送プールフィードにリリースした。[ 34 ]色がデコードされると、カラーカメラはNTSC規格と同じ60フィールド/秒のビデオインターレースレートで動作していたため、スキャン変換は不要だった。[ 36 ]
これはアポロ10号ミッションで初めて使用されました。カメラは、より広い帯域幅に対応するために、司令船の追加のSバンドチャンネルと大型Sバンドアンテナを使用しました。司令船にドッキングしているときのみ、月着陸船で使用されました。以前のカメラとは異なり、カメラに直接取り付けることも、別々に浮かせることもできるポータブルビデオモニターが付属していました。新しいズームレンズと組み合わせることで、宇宙飛行士はフレーミングの精度を高めることができました。[ 35 ]
アポロ12号は、月面でカラーカメラを使用した最初のミッションでした。最初の船外活動のテレビ中継開始から約42分後、宇宙飛行士のアラン・ビーンは、カメラを三脚に取り付ける準備をしている際に、誤ってカメラを太陽に向けてしまいました。太陽の強烈な光によってビデオピックアップチューブが焼き切れ、カメラは使用不能になりました。カメラが地球に持ち帰られた後、ウェスティングハウス社に送られ、損傷を受けていないチューブの部分から画像を取得することができました。[ 38 ]今後このような損傷を防ぐために手順が書き直され、カメラをMESAから移動させる際にチューブを保護するためのレンズキャップが追加されました。
カラーカメラは1971年のアポロ14号ミッション中の月面活動をうまく撮影した。しかし、カメラの自動ゲイン制御（AGC）が高コントラストの光環境下で適切な露出を得るのに苦労し、白い宇宙服が露出オーバー、つまり「ブルーム」を起こしたことが原因で画質の問題が生じた。カメラにはガンマ補正回路がなかったため、画像の中間調のディテールが失われた。[ 39 ]
アポロ14号以降は、RCA社製の新型カメラが月面探査用に取って代わったため、このカメラは司令船でのみ使用されるようになった。ウェスティングハウス社製のカラーカメラは、1970年代を通じて、スカイラブ計画3回とアポロ・ソユーズテスト計画で引き続き使用された。
1969年から1970年のエミー賞技術/工学開発における優れた業績に対する賞は、カラーアポロテレビカメラの概念的側面に対してNASAに、カメラの開発に対してウェスティングハウス・エレクトリック社に授与された。[ 40 ]
カメラ
レンズ
アポロ12号のカメラの故障を受け、ニュージャージー州イーストウィンザーにあるRCAアストロエレクトロニクス社に新たな契約が与えられた。設計チームはロバート・G・ホーナーが率いた。RCAシステムは、より高感度で耐久性に優れた新型テレビカメラ管、新開発のシリコン増幅ターゲット（SIT）ピックアップ管を採用した。RCAカメラは中音域の階調表現が向上し、以前のミッションで顕著だったブルーミング現象もなくなったため、画質の向上は一般の人々にも明らかだった。
このシステムは、カラーテレビカメラ（CTV）とテレビ制御ユニット（TCU）で構成されていた。これらは月面探査車（LRV）に搭載されると、月面通信中継ユニット（LCRU）に接続された。ウェスティングハウス社のカラーカメラと同様に、フィールドシーケンシャル方式のカラー方式を採用し、地上局での信号処理およびカラー復号化技術を用いて、放送用のNTSCカラービデオ信号を生成した。
アポロ15号では、カメラは以前のミッションと同様に、月着陸船のMESA（月着陸船モジュール）からライブ映像を撮影しました。カメラはMESAから三脚に移設され、月面探査車（LRV）の展開を撮影しました。LRVが完全に展開されると、カメラはLRVに取り付けられ、地上からのコマンドによって傾斜、パン、ズームイン・ズームアウトが制御されました。MESAを介してミッションの最初の段階をライブ映像で撮影したのは、このミッションが最後となりました。以降のミッションでは、カメラはLRVとともに格納されたためです。
使用されたカメラ、CM = 司令船、LM = 月着陸船
元々は NASA 本部により NASA 技術ノート TN-A7476 として発行。
元々はMcGraw Hill (1967)発行のELECTRONICSに掲載。